Tubos de acero al carbón estibados en un almacén

¿Qué quiere decir acero al carbón? Descubre para que se utiliza

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El acero al carbón es un tipo de acero, en cuya composición resalta la presencia de carbono, lo que hace que este material posea diversas propiedades mecánicas. Además, este metal también contiene otros elementos como azufre, hidrógeno, oxígeno y fósforo. Asimismo, en menor medida puede contener manganeso, silicio o cobre. ¡No dejes de leer este artículo y descubre para qué se utiliza este material!

Acero al carbón características

Para empezar, el acero al carbón es un material ampliamente utilizado en la industria por su resistencia y durabilidad. Este acero se compone principalmente de hierro y carbono. Sin embargo, su contenido en este segundo material puede variar desde menos del 0,1% hasta el 2%.
Asimismo, el acero al carbono se caracteriza por ser muy versátil, y su resistencia se puede ajustar mediante tratamientos térmicos. Además, es un material muy económico en comparación con otros metales, lo que lo hace muy popular en la fabricación de una amplia variedad de productos.

¿Cómo se hace el acero al carbono?

Con respecto a cómo se hace este metal, el acero al carbono se produce mediante la fusión de mineral de hierro y carbón en un alto horno, seguido de un proceso de refinación en un convertidor o un horno de arco eléctrico. A continuación, te explicaremos en detalle cada uno de los procesos:

Una gran cantera de extracción de hierro
  • Extracción del mineral de hierro: El mineral de hierro se extrae de minas a cielo abierto o subterráneas. Posteriormente se tritura y lava para eliminar la suciedad y otros contaminantes.
  • Producción de coque: Este se produce al calentar carbón a altas temperaturas en ausencia de aire. El proceso de cocción elimina los componentes volátiles del carbón, lo que deja un residuo sólido que contiene entre el 90% y el 95% de carbono.
  • Mezcla de mineral de hierro y coque: La mezcla se introduce en un alto horno a través de la parte superior. Seguidamente se utiliza una gran cantidad de aire caliente para quemar el coque y elevar la temperatura dentro del horno alrededor de 1700 °C. La reacción química que se produce dentro del horno convierte el mineral de hierro en hierro líquido y se mezcla con el coque.
  • Separación de impurezas: El hierro líquido producido en el alto horno contiene impurezas como azufre, fósforo y silicio, mismas que deben eliminarse antes de convertir el hierro líquido en acero. El proceso de eliminación de impurezas se realiza en un convertidor o un horno de arco eléctrico.

Otras formas de hacer acero al carbono

  • Convertidor u horno de arco eléctrico: El convertidor es un recipiente de forma troncocónica que se carga con hierro líquido. Se inyecta oxígeno en el hierro líquido a través de orificios en la base del convertidor. De esta manera, el oxígeno reacciona con el hierro líquido para formar dióxido de carbono y otros productos de oxidación, lo que ayuda a eliminar las impurezas.
  • En el horno de arco eléctrico, se coloca  el hierro líquido en un crisol y se calienta con electrodos que producen un arco eléctrico. El calor del arco derrite el hierro líquido y elimina las impurezas.
  • Ajuste de la composición química: Una vez eliminadas las impurezas, se ajusta la composición química del acero mediante la adición de otros elementos como manganeso, níquel, cromo y molibdeno. Estos se añaden en proporciones precisas para lograr las propiedades deseadas del acero.
  • Moldeo y enfriamiento: El acero fundido se vierte en moldes para darle forma y se enfría rápidamente con agua o aire comprimido para mejorar su resistencia y dureza. Luego se somete a un proceso de enfriamiento controlado para eliminar las tensiones internas y mejorar su resistencia.
  • Acabado: El acero al carbón se somete a un proceso de acabado que incluye el rectificado, el pulido y el recubrimiento para mejorar su apariencia y protegerlo contra la oxidación y la corrosión.
Fundición del acero al carbono

Tipos de acero al carbón

Existen diferentes tipos de acero al carbono que se distinguen por su contenido de carbono y otros elementos de aleación, es importante seleccionar el tipo de acero adecuado para cada aplicación y poder garantizar un rendimiento óptimo del producto. A continuación, detallaremos los principales tipos de este acero:

  • Acero al carbono de bajo contenido: Este tipo de acero contiene menos del 0,30% de carbono y es utilizado en aplicaciones donde se requiere una alta ductilidad y maleabilidad, como en la fabricación de piezas de maquinaria y equipos. También es conocido como acero dulce o suave, y es fácil de soldar y conformar.
  • Acero al carbono medio: Este tipo de acero contiene entre el 0,30% y el 0,60% de carbono y generalmente se emplea en construcciones donde la resistencia y dureza son fundamentales, como en la fabricación de piezas de automóviles y herramientas. Este tipo de acero es más difícil de soldar y conformar, a diferencia del acero al carbono de bajo contenido.
  • El acero al carbono de alto contenido: Este tipo de acero contiene más del 0,60% de carbono y se ocupa en la fabricación de cuchillos y piezas de maquinaria pesada. Este tipo de acero es difícil de trabajar debido a su alta dureza y fragilidad.
  • Acero al carbono para temple y revenido: Lo puedes encontrar de manera frecuente en la fabricación de ejes o engranajes. Este acero se somete a un proceso de tratamiento térmico llamado temple y revenido, que consiste en calentar el acero a una temperatura elevada para luego enfriarlo rápidamente en agua o aceite hasta endurecerlo, posteriormente entra en proceso de revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura más baja para eliminar las tensiones internas y mejorar su resistencia.
  • Acero al carbono de baja aleación: Este tipo de acero contiene pequeñas cantidades de otros elementos de aleación, como manganeso, silicio y cobre, que mejoran sus propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión. Se utiliza en la fabricación de estructuras y piezas de maquinaria pesada.
  • Los aceros al carbón para muelles: Se emplea en la fabricación de muelles y amortiguadores. Este acero se somete a un proceso de tratamiento térmico para mejorar su resistencia y elasticidad.

Acero al carbón ventajas

El acero al carbón es uno de los materiales más empleados en la fabricación de productos y componentes en una amplia variedad de industrias. Entre las ventajas que posee este metal, se encuentran las siguientes:

  • Ductilidad: El acero al carbón es un material altamente dúctil y maleable, lo que significa que se puede dar forma y deformar sin romperse. Esta propiedad lo hace ideal para aplicaciones que requieren una gran variedad de formas y tamaños.
  • Facilidad de soldadura: Es fácil de soldar, lo que lo hace ideal para la fabricación de estructuras y componentes complejos. Además, el acero al carbono se puede unir con otros materiales, como el acero inoxidable, mediante procesos de soldadura.
  • Bajo costo: Es relativamente barato en comparación con otros materiales, lo que lo hace atractivo para la fabricación de grandes volúmenes de productos.
  • Alta disponibilidad: El acero al carbono está disponible en una amplia variedad de formas y tamaños, por ello es fácil de adquirir y utilizar.
  • Buena conductividad térmica: Tiene una buena conductividad térmica, como resultado es ideal para aplicaciones en las que se requiere una transferencia de calor eficiente.
  • Durabilidad: El acero al carbono es resistente a la corrosión y al desgaste, gracias a esto, funciona para aplicaciones en ambientes agresivos o que requieren una alta resistencia a la intemperie.
Barras macizas de acero al carbón

Desventajas de este material

Aunque el acero al carbón posee grandes y diversas ventajas con respecto a su durabilidad, este material no queda exentó de poseer ciertas desventajas dentro de su composición, conozcamos algunas:

Placa de acero con presencia de corrosión
  • Corrosión: Es propenso a la corrosión, especialmente en ambientes húmedos o corrosivos. Si no se trata adecuadamente, el acero al carbono puede oxidarse, lo que puede disminuir su resistencia y durabilidad.
  • Fragilidad: El acero al carbón es frágil a temperaturas bajas, lo que significa que puede fracturarse fácilmente si se somete a impactos bruscos a temperaturas muy bajas.
  • Bajo límite elástico: en comparación con otros materiales, lo que significa que se deforma permanentemente bajo cargas repetidas o prolongadas.
  • Conductividad eléctrica: su conductividad es relativamente baja en comparación con otros metales, lo que puede limitar su uso en aplicaciones que requieren una alta conductividad eléctrica.
  • Peso: Tiene una densidad relativamente alta, lo que significa que puede ser más pesado que otros materiales, aspecto que puede limitar su uso en aplicaciones donde el peso es un factor importante.
  • Impacto ambiental: La producción de acero al carbono puede tener un impacto ambiental significativo, ya que se requiere una gran cantidad de energía para producirlo y puede generar emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes.

¿Qué tan resistente es el acero al carbono?

El acero al carbono tiene alta resistencia a la tracción y a la compresión; por consiguiente es muy funcional para aplicaciones que requieren resistencia y durabilidad, sin embargo, esta  resistencia puede variar por distintos factores, como la cantidad de carbono presente en la aleación, el tratamiento térmico al que se somete y otros elementos de aleación agregados. 

El tratamiento térmico al que se somete el acero al carbono también puede afectar su resistencia. El recocido y la normalización pueden mejorar la ductilidad y la tenacidad del acero al carbono, mientras que el endurecimiento por temple y revenido aumentan la dureza y la resistencia, aunque puede llegar a disminuir la ductilidad.

Los aceros de baja aleación tienen una resistencia moderada y gracias a su buena ductilidad son utilizados en aplicaciones que requieren resistencia moderada, así como una gran capacidad de deformación. Mientras que los aceros de alta aleación pueden tener una resistencia muy amplia, pero son menos dúctiles, en comparación con los aceros al carbono de baja aleación.

Acero al carbón utilidad

El acero al carbono es uno de los materiales más empleados en la industria debido a sus propiedades mecánicas y su facilidad de fabricación. Algunas de las principales aplicaciones del acero al carbono son las siguientes:

  • Construcción: El acero al carbono se utiliza en la construcción de edificios, puentes, torres de transmisión, entre otros, debido a su alta resistencia y capacidad de soportar cargas pesadas.
  • Automotriz: También lo puedes encontrar en la fabricación de piezas y componentes para automóviles, camiones u otros vehículos debido a su resistencia, durabilidad y bajo costo.
  • Industria naval: Es útil en el diseño de barcos y otros equipos marinos debido a su resistencia a la corrosión y su capacidad de soportar cargas pesadas en ambientes húmedos.
  • Industria alimentaria: El acero al carbón se ocupa en la fabricación de maquinaria y equipos para esta industria. Esto se debe a su resistencia a la corrosión y facilidad de limpieza.
  • Maquinaria y herramientas: Este tipo de acero se emplea en la producción de estas tecnologías para diversas industrias debido a su alta resistencia y durabilidad.
  • Industria petrolera: El acero al carbono es útil para la manufactura de tuberías, válvulas y otros equipos para este tipo de industria, debido a su resistencia a la corrosión y su capacidad de soportar altas presiones y temperaturas.
  • Industria de la construcción de maquinaria pesada:  Funciona para la elaboración de maquinaria pesada como grúas, excavadoras y bulldozers debido a su alta resistencia y durabilidad.
Engranajes de acero galvanizado

En resumen, el acero al carbono es ampliamente utilizado en la industria debido a sus propiedades mecánicas, su facilidad de fabricación y su bajo costo, además sus excepcionales ventajas los convierten en un elemento muy solicitado gracias la amplia gama de aplicaciones, desde la construcción y la industria automotriz hasta la industria alimentaria y petrolera.

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